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他的大脑里, 有枚名叫“行动”的芯片

来源:科技日报 作者:许 茜 2017年07月03日 06:28
[导读] 若说计算这事,想必多数人会觉得,电脑比人脑更在行。但吴华强不这么看,反而觉得“慢吞吞”的人脑更有潜能。在这位工科教授眼中,“大脑的结构比电脑更高效”。

 

吴华强在讲解模拟突触器件的性能。(图片由受访者提供)

若说计算这事,想必多数人会觉得,电脑比人脑更在行。但吴华强不这么看,反而觉得“慢吞吞”的人脑更有潜能。在这位工科教授眼中,“大脑的结构比电脑更高效”。

晨光里的清华园,常能看到吴华强,绕着操场跑圈。他说这是“唤醒大脑”“按下启动键”。午餐时间,他总爱和同事边吃边聊。他管这叫“清除缓存”“补充电量”。在这位清华大学微电子所副教授口中,人体似乎就是台“行走”的计算机,而大脑是最重要的部件——CPU。

若说计算这事,想必多数人会觉得,电脑比人脑更在行。但吴华强不这么看,反而觉得“慢吞吞”的人脑更有潜能。在这位工科教授眼中,“大脑的结构比电脑更高效”。

于是,他决心要“做类似人脑的计算系统”。这一创意,到了今年5月终于“开花结果”——吴华强团队的科研论文《基于新型纳米器件的类脑计算系统》发表于《自然通讯》杂志。

拼搭“Q版大脑”

2014年,“做类脑计算系统”的想法长进了吴华强心里。最初,埋下这颗种子竟是因为一部科幻片。

那年,36岁的吴华强坐在飞往美国航班上,他在机上看了名为《超体》的电影。片中,女主角因注射药物而使大脑被开发至100%,进而变身超人。

“还能这样?”吴华强边看边念叨。影片的情节停在他眼前,挥之不去。他没把这当成是科幻,而真在思考:大脑是个怎样的存在?

可想归想,彼时吴华强没觉得这事会和自己有关。“大脑属于生物学范畴,怎么能轮上搞微电子的来研究?”

没过多久,吴华强参加了一个报告会,会上有人做了关于神经网络的学术汇报,PPT上展示出电路“描绘”的大脑构造。他对那幅图着了迷,“哎,这事能和我有关”。

但当时在国内,这一方向做的人很少。“靠不靠谱”“能否做成”是多数人投给吴华强的问号,很多同事都劝他换个方向。

“说实话,我心里也没底。所里面博士生资源很紧张,分配给他们的每个课题都很谨慎。万一没做成,岂不是耽误学生毕业?”即便没有绝对的把握,吴华强也不愿把时间花在患得患失上。“就去做吧,总要做了才知道行不行。”

那之后,吴华强带着学生开始在实验室“拼大脑”。他们用1000个忆阻器(阻变存储器)模拟脑神经突触,搭建了一个“微缩大脑”。“人脑约有百万个突触,我们只做了1000个。”

即便是“微缩版”,难题也一样都不少,最棘手就是一致性。在传统的冯·诺依曼结构中,存储和计算是由不同的单元完成,分步进行。而在吴华强的“大脑”里,存储和计算融为一体,它们需要“一起跑”,必须控制好“速度”。

经过反复调试,“Q版”类脑计算系统在2016年初完成了人脸识别测试,即证明该结构可行。

“先做好眼前的事”

从大脑联想到电路,这样的“跳跃”,对这位乐于试错的学者来说,已不是首次。只要是感兴趣的,尤其是没做过的,哪怕错了他也愿一试。

而换专业,算是他又一次尝试。吴华强本科就读于清华大学材料学系,毕业后他选择赴美国康奈尔大学攻读博士学位。在美期间,吴华强决定转学微电子专业。“当时得知一位微电子方向的教授在做半导体材料方面的课题,他需要一位有材料学背景的学生。我一看挺感兴趣,于是就去了。”

从零开始,又在博士阶段,不觉得之前的积累浪费了吗?“一开始可能会落后一些,因为毕竟有人一直在这个领域,但是我有别人从来没有的材料学基础。这个理解,别人拿不到。”吴华强说。

无论遇上什么,他总愿往好处想。似乎在吴华强这儿,就没什么难事。圆圆的脸好像能散发光芒,学生都说他是“正能量担当”“自带能量包”。他却不知道什么是“能量包”,只是信奉行动的力量。“先做好眼前的事,总会有人愿意帮助你,总会有惊喜出现。”他说。

2009年,回国后的吴华强,走上了母校的讲台。对初来乍到的“青椒”来说,忙着发论文、做实验是惯常的节奏。可吴华强却带上套袖、拎起了涂料,“混迹”于施工队。他戏称,那时的自己,看起来像个“工头”。

他在干嘛?原来,吴华强任职没多久,就被派恢复所里“微纳加工平台”的运行。一听是这事,吴华强立马答应了。他对科技日报记者说,留学时常看到很多共享科研平台,面向全校所有人员和校外的科研团队及企业开放。但当时国内实验室的开放程度很低,资源更多集中于经费充足的团队。

“我们也要有这样的平台,share with everyone(和所有人一起共享)。”抱着这样的想法,他专心搞起装修,小到涂料,大到实验设备,都一手操办。加工平台一建就是4年,这中间吴华强没发一篇论文。回想这段“空窗期”,吴华强只淡淡地说了句“那时没想太多,就想赶紧把事情做好。”

采访当日,他带着记者参观平台实验间。“喏,大家都能用这里的设备,多好!”吴华强指着一群来自校外的实验团队,咧嘴一笑。

行动本身就是馈赠

自成果发布后,N多“求合作”的邮件扑向吴华强,其中不乏巨头企业。闪亮的橄榄枝飘过,他却出奇地淡定。“不是我不动心,而是在等待全部ready的时刻。”

“全部ready”——这是吴华强的成果转化论,即不仅要技术ready(成熟)、还要ready产品、团队、市场、资本等一系列要素。这套“吴式观点”源自他早年的创业经历。

早在读本科时,吴华强就琢磨起了“产业化”。不到20岁的理工男,懵懵懂懂地觉得“研发产品得懂点管理”。于是大二起,他开始辅修管理学。到了美国,他依旧得空就去“蹭”各类经管课。

为了“真刀真枪感受企业运作”,博士毕业后,他应聘到硅谷顶尖的半导体公司(Spansion)。而后的3年,他逐步做到了主任工程师的位置,负责公司最重要的项目(45纳米NOR存储器芯片的工艺集成)。但再多的认可,在吴华强看来依旧“比不上亲自转化一项技术。”

把成果转化为产品,这是吴华强的夙愿。这位“行动派”不愿把成果只“摆”在论文上,他说“产业化才是技术的归宿”。

于是,2008年他辞职踏上回国的飞机,那一年吴华强30岁。“都说三十而立,是时候做点事情了。”他了解到一种能大幅降噪的手机麦克风,便想把这项技术推向市场。“当时国内市场上没有同类产品,感觉很有前景。”

可吴华强没想到,等到深圳做调研时,他才发现通常麦克风成本只要0.5元,而自己的产品是0.5美元。“有的手机利润都不足10元,怎么可能用这么贵的配件?”对市场预估的不足,让销售走入困境。

虽然“出师不利”,但这次创业让吴华强体会到产业化的不易,为下一次“破土而出”积蓄能量。

康奈尔读博、硅谷工作、回国创业、清华任教……近20年的时间,他像踩在“风火轮”上,冲到每个待办事项前“打钩”,而这样的节奏还将延续。

回看过往,他的经历有些“另类”,相比“按部就班”读博、进站、做科研的学者,他似乎有点“低效”。但他不这么想,正如吴华强所说:“无论结果如何,过程中,行动本身就是一种馈赠。”

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[责任编辑:kb103]
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